小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

不同土地利用方式下土壤温度与土壤水分对黑土N2O排放的影响

采用静态箱一气象色谱法,对黑土区3种不同土地利用方式（草地、裸地和农田）下土壤氧化亚氮（N：O）的排放特征及其与土壤温度和土壤水分的关系进行研究。结果显示：试验监测期间（2011年5月27日-9月30日）,不同土地利用方式下,土壤N：0累积排放量分别为草地52．08mgN·m^-2裸地64．43mgN·m^-2农田70．16mgN·m^-2,农田土壤N：O累积排放量比草地和裸地分别高出35％和9％,草地、裸地和农田的N2O平均排放通量分别为16．56、20．36、21．44μgN·m^-2·h^-1。草地和裸地中,土壤N2O排放通量与土壤温度和土壤水分（充水孔隙度,WFPS）相关性均不显著,但在农田中,土壤N20排放通量与土壤温度（5cm和10cm）和土壤水分（5cm）均呈显著正相关（P〈0．05）。另外,土壤N2O累积排放量与土壤硝态氮和矿质氮含量均呈正相关关系。研究表明,黑土草地开垦可促进土壤N2O的排放,且不同土地利用方式下土壤N2O排放的主要影响因子不同。     

3树种抗旱性的灰色关联分析

运用灰色关联分析法,对红柳、侧柏和合头草等3个树种的抗旱性与9项抗旱指标的相关性进行了分析。关联度分析结果表明:叶绿素含量、叶水势、叶片相对含水量以及电导率与3个树种的关联度分别为0.767 4、0.700 5、0.679 3和0.628 7,它们可作为3个树种重要的抗旱评价指标。     

兰州市南北两山三种绿化树种光合特性研究

利用LI-6200便携式光合测定仪(美国)对兰州市南北两山侧柏、油松、柽柳等3种绿化树种在自然条件下的光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、光合有效辐射(PAR)、空气相对湿度(RH)、大气温度(T)和水分利用效率(WUG)进行了测定.结果表明,侧柏、油松、柽柳的光合日进程均呈“双峰”曲线,出现明显的光合“午休”现象;气孔导度日变化曲线呈“W”型;蒸腾速率呈单峰;水分利用率最高值出现在上午较早时分.对3种树的光合速率和蒸腾速率与影响因子进行相关分析及逐步回归分析表明,各树种光合速率和蒸腾速率的回归方程分别为,侧柏:Pn=0.006PAR+1.176RH,E=1.120T;油松:Pn=0.010PAR,E=1.004T+0.482RH;柽柳:Pn=0.015PAR,E=0.757T+0.566RH-8.397Gs.对植物光合速率和蒸腾速率影响程度最大的因子主要是光合有效辐射和空气相对湿度,因此在干旱季节进行灌溉时,应选择喷灌,提高空气相对湿度,减少植物的蒸腾速率.     

绿洲-荒漠交错带不同沙丘土壤水分时空动态变化规律

绿洲-漠交错带是植被恢复的一个重要区域，而植被恢复的关键又是了解沙丘土壤水分的变化规律。从2003年10月到2004年10月，对甘肃省张掖绿洲-荒漠交错带沙丘土壤水分进行了连续观测，并研究了生态垫在沙漠治理中的应用。结果表明：土壤水分时空动态变化主要受降雨、植被以及地表覆盖等因素的影响，沙丘土壤水分月变化滞后于降水变化。沙丘剖面土壤水分变异系数随土层深度的增加而减小，铺设生态垫减小了沙丘土壤水分的空间变异（CV=4．43％），流动沙丘0～40cm的含水量（0．19％～1.27％）低于固定沙丘（1.61％～1．75％），而其它各层的含水量（1．52％～1．73％）都高于固定沙丘（1．11％～1．38％）；流动沙丘含水量（1．27％～1．73％）从上部到下部依次升高，而固定沙丘（1．75％～1．11％）则与此相反；利用标准差和变异系数对沙丘土壤水分垂直变化进行分层，得出了土壤水分剖面分别为速变层、活跃层和次活跃层，并运用相关分析方法分析了生态垫覆盖下沙丘各层间土壤含水量及其与沙丘剖面平均含水量的关系。研究初步认为，生态垫能有效地保持沙丘土壤水分，将为沙漠治理提供一种新型的治沙模式。     

黑土区短期免耕对大豆田土壤水分物理性质的影响

耕作和施肥是影响土壤水分物理性质的2个重要因素,为探讨免耕和长期单施化肥对土壤水分物理性质的影响及它们之间的交互作用,以海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内的长期定位试验为基础,研究了施用化肥+传统耕作(NP+CT),施用化肥+免耕(NP+NT),无肥+传统耕作(CK+CT),无肥+免耕(CK+NT)对土壤水分物理性质的影响。短期免耕(3 a)后显著地增加黑土水稳性团聚体的稳定性,表现在与传统耕作相比水稳定性大团聚体(>0.25 mm)的含量、平均重量直径和平均几何直径分别提高9.03%,10.90%和20.39%。耕作和施肥对土壤水稳性团聚体稳定性的影响没有显著的交互作用,但是与施肥相比,耕作方式能够解释更多的土壤水稳性团聚体稳定性的变异。免耕显著增加了0～10 cm土层土壤的容重,减少了土壤总孔隙度、饱和含水量、毛管含水量和田间持水量,施肥仅对0～10 cm土层土壤毛管含水量产生了显著的影响。耕作和施肥对0～10 cm土层土壤的容重具有显著的交互作用,同时与施肥相比,耕作能够解释更多的0～10 cm土层土壤的容重、总孔隙度、饱和含水量、毛管含水量和田间持水量的变异。耕作和施肥对10～20 cm土层土壤的水分物理性质影响不显著。因此,在研究区域内耕作是影响土壤水分物理性质的一个重要措施。     

农田土壤有机碳固存的主要影响因子及其稳定机制

农田生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在陆地生态系统碳循环过程中发挥重要作用。明确影响农田土壤有机截获的主要因素及土壤固碳的稳定机制,有助于控制和加强农田土壤碳库的固碳潜力,以及正确评价农业生产对全球气候变化的影响。因此,本文综合论述了影响农田土壤碳含量的自然和人为因素,详细阐述了土壤碳固定的物理、化学和生物稳定机制。并总结了已有研究的不足,对今后土壤固碳研究中的热点问题进行了展望。认为从土壤微生物学角度出发,深入研究微生物在土壤有机碳循环中的作用机制,并将地上部和地下部生态系统联系起来探讨土壤碳素稳定性机制更具有重要的意义。     

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI（standard precipitation index）值（标准降水指数）研究了该地区1952－2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水（1999－2008年）的响应。1952－2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数（SPI）将1952－2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a（1999－2008）大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份（2003年,SPI值=1.5）能够显著增加土壤含水量（639.70 mm）,而在极端干旱的年份（2004年,SPI=-2.6）土壤含水量达到了最低值（512.21 mm）。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。     

低分子量根系分泌物对土壤微生物活性及团聚体稳定性的影响

以黑土为供试土壤,采用化学试剂模拟根系分泌物进行室内培养试验,研究低分子量根系分泌物及主要组分对土壤微生物活性及团聚体稳定性的影响.结果显示,与对照相比,低分子量根系分泌物及主要组分短期内均显著提高了土壤微生物的活性,促进了>250μm大团聚体,尤其是>2 000μm团聚体的形成,显著增强了土壤团聚体的稳定性.低分子量根系分泌物中葡萄糖组分有利于土壤中细菌的生长,从而在细菌活动的驱动下,促进了微团聚体的形成;苹果酸和谷氨酸组分则有利于真菌的生长和繁殖,在真菌菌丝网络的缠绕和牯结作用下,促使微团聚体进一步胶结形成大团聚体.因此,低分子量根系分泌物中各主要组分共同参与并影响土壤的团聚化过程,改善根际微区土壤的结构,以利于植物根系的生长.     

柠条叶片蒸腾速率日变化节律及其影响因子分析

采用L i-6200光合分析仪,在自然条件下对柠条叶片蒸腾速率的日进程进行了观测。结果表明:在夏季晴天条件下,柠条叶片蒸腾速率的日变化呈单峰曲线,峰值出现在13:00~15:00时,约为9.392μmolH2O.m-2.s-1。采用一元线性回归分析和逐步多元回归分析的方法,建立了柠条叶片蒸腾速率与大气温度、叶片温度、水汽压、水汽压亏缺等生理、生态因子间的回归方程。逐步多元回归分析结果表明,其蒸腾速率与水汽压和胞间CO2浓度的回归方程为:TRAN=0.563EAIR-0.004 91C INT 1.824(R2=0.998)。